2. ОЦЕНКА ВЛИЯНИЯ с р е д ы н а р е а к ц и о н н у ю с п о с о б н о с т ь |
17Т |
Т а б л и ц а |
33 |
ЭНЕРГИИ |
ЛОКАЛИЗАЦИИ ЭЛЕКТРОФИЛЬ |
||
|
|
НОЙ РЕАКЦИИ ДЛЯ РАЗЛИЧНЫХ ACCO- |
|||
|
|
ЦИАТОВ |
АВК ИЛИ |
АВИ В ЕДИНИЦАХ 30 |
|
С вободны е |
|
- H N —Х = А - |
- H N — |
= А - |
А томы |
молекулы |
|
енамина |
|||
3,1328 |
|
2,7822 |
2,7678 |
3,1454 |
N, |
2,7480 |
|
2,8390 |
2,7648 |
2,8200 |
с2 |
2,2730 |
|
2,2422 |
2,2160 |
2,2970 |
с 3 |
3,4412 |
|
3,2254 |
3,3054 |
3,3594 |
04 |
-2,7266 |
|
-2,8240 |
-2,7504 |
-2,8612 |
О* (А) |
3,1054 |
|
2,7546 |
2,8428 |
3,1210 |
Ni |
2,5418 |
|
2,6532 |
2,6598 |
2,6384 |
с2 |
2,2430 |
|
2,2060 |
2,2872 |
2,2650 |
С 3 |
3,0266 |
|
3,2852 |
3,1434 |
3,3154 |
с4 |
-0,2068 |
|
-0,1534 |
-0,1534 |
0,0823 |
N.(A) |
личных типов водородной связи между енамином и протоген-, ным или протофильным растворителем [85, 88, 90] либо равно ценных дипольных ассоциатов (см. с. 104).
В рамках метода ЛКАО—МОХ ассоциация может быть уч тена путем увеличения или уменьшения на 0,2 р0 кулоновского интеграла для протоноакцепторного или донорного гетеро атома енамина соответственно. С такими параметрами рассчи таны энергии локализации различных ассоциатов АВК и АВИ...
Полученные расчетные энергии локализации сведены в таб лицу 33.
Свободной молекуле енамина соответствует транс-э-транс-, Tpanc-s-цис- или цис-э-транс-ориентированное соединение в инер
тной среде. Ассоциату •••HNi—Сг=Сз—С4=А--- соответствуют соединения, существующие, независимо от типа среды, в виде внут римолекулярных ассоциатов, или же любой енамин в таких сре дах, как вода, спирты, карбоновые кислоты (в меньшей степени) или формамид. Ассоциату ••■Н—N соответствуют растворы енаминов в кетонах, эфирах, диметилформамиде, пиридине, ацето нитриле. Наконец, ассоциату =А--- соответствуют енамины в карбоновых кислотах, хлороформе, аминах или спиртах, причем образование таких ассоциатов наиболее вероятно с Ы,К-диза- мещенными АВК. Оказалось, что избирательность нуклеофиль ного и радикального замещения в л-приближении практически не должна зависеть от типа ассоциации. При этом даже па раллельно меняются энергии локализации различных электро фильных или радикалофильных центров енаминов.
Существенные изменения реакционной способности енаминов. должны возникать только при электрофильном варианте взаи модействия.
1 2 - 1 1 4 6
178 ГЛАВА VI. ХИМИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ЕНАМИНОКНТОНОВ
Из таблицы 33 видно, что при прочих равных условиях ассо циация АВК и АВИ при помощи водородной связи •••H N — наиболее способствует реакции по атому Ni. Этот вывод в опыте находит свое подтверждение в том, что в действитель ности АВ.К имеют не два (см. с. 175), а три реакционных центра электрофильного замещения (см. раздел 3 настоящей главы) и могут реагировать как по атомам кислорода и угле рода С3, так и по азоту.
Конечно, истинное направление реакции зависит и от многих других факторов, например от свойств реагента, стерических ус ловий вблизи реакционного центра и т. д. Поэтому несовпаде ние опытных данных с этими прогнозами лишь указывает на большую сложность процесса, чем это возможно учесть при та ком сравнительно грубом расчете. Изменение сравнительной ре акционной способности АВИ при ассоциации пока эксперимен тально не может быть проверено. Для этого требуется енамин с меткой на одном атоме азота.
Ионизация молекул. В сильнокислой или сильноосновной
среде енамины могут образовывать сопряженные катионы или анионы (табл. 34). Тогда под влиянием простого кулоновского взаимодействия частиц можно ожидать замедления реакций электрофильного замещения типа «катион—катион» и нуклео фильного — типа «анион—анион».
В этом случае квантовохимическое вычисление энергий лока лизации представляет определенные трудности. Главной из них является выбор кулоновского интеграла гетероатома. Дело в том, что сопряжение мешает заранее оценить заряд на кисло роде или азоте. Поэтому расчет различных молекул в данном случае дает несравнимые между собой результаты, из которых можно получить лишь некоторую информацию об -изменении
•сравнительной реакционной способности атомов внутри одной молекулы енамина.
Единственно возможным вариантом расчета является вычис ление энергий локализации для той граничной мезомерной формы иона, вклад которой должен быть наибольшим судя по сравнительной электроотрицательности атомов азота, кислорода и серы. Эти формы, наряду с вычисленными энергиями лока лизации электрофильного и нуклеофильного замещения (в еди ницах р0)> представлены в таблице 34. При расчете ионов па раметры а и р (или h, k) частично взяты из таблицы 2; кроме того, для анионов 4,5 Ю -:=0,5; hNs = 0,4; /гС-о = 0,8; AiC- n = 0,8
[177]. В случае ионов 4, 5 энергии «локализации» енамина при взаимодействии электрофильного агента по концевым гетеро атомам могут быть выражены как разницы суммарных я-элект- ронных энергий ионизированного и деионизированного состоя ний молекулы. Например, при присоединении протона к иону 4
2. ОЦЕНКА ВЛИЯНИЯ |
СРЕДЫ |
НА РЕАКЦИОННУЮ |
СПОСОБНОСТЬ |
179 |
||||
Т а б л и ц а |
34 |
РАСЧЕТНАЯ |
РЕАКЦИОННАЯ |
СПОСОБ |
|
|||
|
|
|
НОСТЬ ИОНИЗИРОВАННЫХ ЕНАМИНОВ |
|
||||
№ |
Реа- |
|
|
Энергия локализации, в единицах р0 |
|
|||
и/п |
гент |
|
|
|
||||
|
®В |
Ф N |
■-:С------------- |
с --■ |
С------------ |
ОН |
|
|
|
4,6232 |
3,2888 |
2,5540 |
3,0436 |
4,3068 |
|
||
|
©В |
|
||||||
|
4,4904 |
1,4470 |
2,7624 |
1,7112 |
4,4768 |
|
||
|
|
|
||||||
|
|
( N ............. |
С -:.......... |
С - ........ |
С ......... |
- - N) Ф |
|
|
2 |
©В |
2,7194 |
2,9504 |
2,0396 |
2,9504 |
2,7194 |
|
|
|
©В |
3,2636 |
2,0386 |
3,1328 |
2,0386 |
3,2636 |
|
|
|
|
|
||||||
3 |
фв |
Ф N |
С----------- |
С —— |
С------------ |
SH |
|
|
4,6078 |
2,9453 |
2,5380 |
2,8648 |
2,2068 |
|
|||
©в |
|
|||||||
|
4,5014 |
1,4556 |
'2,7834 |
1,5324 |
2,4480 |
|
||
|
|
|
||||||
4 |
|
N |
- С----------- |
С = ■-- |
С------------ |
ОФ |
|
|
©в |
1J610 |
2,9112 |
Ц7890 |
2,6864 |
1,9322 |
|
||
|
2,7454 |
2,4752 |
3,2890 |
2,1512 |
2,6538 |
|
||
|
|
|
||||||
5 |
©В |
|
(N ............. |
С ................ |
С............... |
С— |
|
|
1,6694 |
2,7578 |
1,7178 |
2,7578 |
1,6694 |
|
|||
©В |
|
|||||||
|
2,5964 |
’ 2,3640 |
3,3100 |
2,3640 |
2,5964 |
|
||
|
|
|
||||||
|
Подчеркнуты |
значения энергий тех |
атомов, по кото |
|
||||
рым ожидается реакция замещения электрофильным (ФВ) |
|
|||||||
или нуклеофильным |
( ©В) реагентом. |
|
|
|
||||
может образоваться АВК или р-оксивинилимин; протонирова ние иона 5 приводит к образованию АВИ.
Данные, сгруппированные в таблице 34, показывают, что при образовании катионов 1, 3 и, частично, 2 должна уменьшаться реакционная способность гетероатомов. При этом отрицатель ный заряд имеется только на центральном атоме углерода пентад [177], вследствие чего этот атом является наиболее ве роятным реакционным центром при взаимодействии катионов с электрофильными агентами. Кроме того, при образовании ка тионов усиливается альтернация зарядов и энергий локализа ции ~L на атомах характеристических пентад енаминов. Исходя
из этого можно ожидать, что в катионах увеличатся избира тельность и скорость взаимодействия с нуклеофильными реа гентами. В анионах 4, 5 основным центром электрофильной атаки реагента являются гетероатомы систем. Интересно, что в анионе АВК (4) существенно увеличивается реакционная способность атома азота по сравнению с атомом кислорода.
12*
180 |
ГЛАВА VI. ХИМИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ЕНАМИНОКЕТОНОВ |
|
3. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНО УСТАНОВЛЕННЫЕ ХИМИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА
РЕАКЦИИ С ЭЛЕКТРОФИЛЬНЫМИ РЕАГЕНТАМИ '
В первую очередь рассмотрим наиболее изученные виды взаи модействия — алкилирование, ацилирование, галогенирование, нитрование, нитрозирование и солеобразование. Лишь вкратце упомянем немногочисленные исследования по реакциям азосоче тания, Манниха и некоторым другим превращениям енаминов.
АЛКИЛИРОВАНИЕ
$-Ами,новинилкетоны. По алкилированию АВК накоплен об
ширный литературный материал (см. обзоры [231, 505]). В качестве реагентов обычно используются галоидные алкилы, диалкилсульфаты, фтороборат триэтилоксония. Приводим схему реакции. В литературе отмечается, что направление реакции за
висит |
от стерических [187, 246, 590, |
620] или других [69, |
187, |
590] |
свойств субстрата и природы |
галоидного алкила |
[590, |
620]. Все же имеющиеся данные позволяют сделать определен ные заключения.
|
N! |
,СЧ |
& |
|
|
V I IRI |
|
ЧС ^ С| |
1 |
|
|
Ri4 |
i i |
i |
4 |
1 1 1 |
|
>N -C =C -C =0 |
© )N = C -C -C = 0 |
© N = C -C = C -O R |
|||
IV |
R,=H |
I* |
V |
R,X |
Ж |
|
|||||
|
0 = C -C -C = J D |
|
|
||
|
|
R |
Vfi |
|
|
Гак, если реакция проводится в среде самого алкилирующего агента или же в инертной среде, то, согласно сказанному выше, алкилирование протекает с образованием соединений IV—-VI,
причем идет либо по среднему атому углерода |
[77, |
422, |
586, |
620, 688], либо по кислороду [69, 139, 179, 196, |
264, |
418, |
426, |
482, 590, 611, 616, 619, 760]. В последнем случае реакция может протекать через семичленный активированный комплекс [69].
На С-алкилирование указывает и образование в качестве ко
нечного |
продукта |
С-алкилированного р-дикетона VII [77, 80, |
98, 361, |
364, 422, |
586, 688] вследствие быстрого гидролиза |
соли V. |
|
|
Дюга с соавт. и Валента с соавт. [418, 760], изучая влияние среды и стерических факторов на ход алкилирования АВК, на шли, что независимо от характера среды трянс-фиксированные